1. Индикационная способность рельефа, связь между морфометрическими величинами и свойствами почв.
2. Роль элементов мезорельефа в жизни растений и процессах почвообразования.
3. Функции почвы в геосистеме.
4. Память почвы.
5. Курганные группы как структурные единицы информационного обмена, индикатор границ ареала обитания племён/нуклеарных социальных групп и используемых ими пастбищ.
6. Номадизм - связь между преобладающим укладом жизни, климатом, рельефом и процессами почвообразования.
7. Периодические явления в жизни растений, человека, почвы.
8. Экология человека, антропосфера, ноосфера.
1.Индикационная способность рельефа, связь между морфометрическими величинами и свойствами почв.
В дополнение к парадигмальному подходу, лежащему в основе науки почвоведения – генетическомму подходу, который рассматривает процессы почвообразования в вертикальной оси координат, всё большее значение приобретает изучение свойств почв и связь объектов в горизонтали, пространственный прогноз свойств почв. Однако, существуют определённые ограничения развития данного подхода – трудоёмкость. В этой связи, представляется интересным подход, позволяющий использовать индикационную способность рельефа по отношению к почвам – корреляцию определённых свойств почв с морфометрическими величинами (поверхностный сток, геометрические формы рельефа, терморежим склонов, высотная зональность), и, в дальнейшем, «экстраполяцию и интерполяцию таких свойств почв (для сходных в природно-климатическом отношении зон), измеренных в относительно небольшом числе точек, на сравнительно большее число точек» (Шарый П.А., 2001,стр. 258). Новая система 17-ти морфометрических величин (Srary et.al., 2001) и разработанная на её основе пятифазная модель «успешно описывает и прогнозирует ряд наблюдаемых заккономерностей связи свойств почв и рельефа, но непригодна для зависимостей со многимии осцилляциями сввойства почв, наблюдаемыми иногда при изменении высоты. Однако, хотя высота существенна лишь для описания высотной зональности, она может выступать [новой] морфометрической величиной, описывающей свойства профиля склона по относительному положению точки в рельефе» (Шарый П.А., 2001, стр.258). Индикационную роль рельефа рассматривают во взаимосвязи с явлением памяти почв о прошедших процессах рельефообразования. В работе (Srary et.al., 2001) «приведена аргументация, что именно геометрические формы способны в ряде ситуаций давать информаацию о памяти в почвах... геометрические формы – этот формы рельефа, описанные посредством специальной классификации, в которой игнорируются ориентация формы в гравитационном поле... В процессе рельефообразования та или иная геометрическая форма может не меняться (или меняться незначительно), однако её ориентация в гравитационном поле может измениться значительно». Например, если изменяются параметры характеризующие поверхностный сток, при этом наблюдается «Эффект Запаздывания [изменений] определённых компонентов состава почв (для которых в процессах почвообразования существенна миграция) по отношению к процессам рельефообразования» - проявление памяти в почвах: учитывая, что геометрическая форма и описывающие её морфометрические величины не изменились, в отличие от характеристик поверхностного стока, делают предположение, что свойства почв сильнее коррелируют с первым, чем со вторым (Шарый П.А., 2001, стр. 279).
2.Роль элементов мезорельефа в жизни растений и процессах почвообразования.
Мезорельеф – рельеф средних форм с колебаниями относительных отметок от ±1 до ±10м (водоразделы, склоны, холмы, бугры, овраги, балки, поды, лиманы, карстовые воронки, дюны, конусы выноса, барханы, ггривы, высохшие старицы, лога и т.д.). В топографии почвенного покрова мезорельефу принадлежит главная роль (Евдокимова Т.И.)
a) Растений.
Основное значение элементов мезорельефа заключается в пеерераспределении зональных факторов. В отличие от вертикальной зональности макрорельефа, рассматривая элементы мезорельефа, говорят о явлении вертикальной дифференциации, при котором играют роль геоморфологические факторы (расчленённость рельефа) и связанное с ними изменение почвенно-гидрологических условий. Например, «долины рек – как бы дороги, по которым климат двух соседних широтных зон проникает один в другой» (Шенников А.П.) В южных областях существенное влияние на вертикальную дифференциацию оказывают отрицательные элементы ландшафта – овраги, балки, поды, в которых скапливается снег и талые воды (дифференциация по распределению влаги), что обеспечивает более мезофильный состав растительного покрова в понижениях и ксерофильный – на повышенных участках рельефа. В отрицательных элементах рельефа фенологическое развитие растений может задерживаться из-за длительного сохранения снега. Влияние экспозиции склона: северные склоны часто бывают заняты лесами, в то время как южные склоны – более дренированы (безлесные, остепнённые). Алёхин В.В. сформулировал правило предварения: «Плакорный вид или плакорная растительность предваряются на юге или на севере в соответствующих условиях местообитания», т.е. на южных склонах в растительном покрове встречаются элементы более южных плакорных мест, на северных склонах – элементы более северных плакорных мест. Изменение мезорельефа, т.е. появление новых антропоморфных элементов мезорельефа (курганов), в соответствии с законом Жаккара (чем более разнообразны условия ландшафта, тем выше видовое разнообразие), в целом повышает мозаичность растительного и почвенного покрова. В настоящий момент (в общем случае) корреляцию почвенного и растительного покровов объясняют, рассматривая их как функции от одного и того же набора факторов. Таким образом, появление новых антропоморфных элементов мезорельефа - курганов – имело следствием/способствовало повышению разнообразия наземной флоры и почвенного покрова.
b) Почвообразования.
Докучаев В.В. называл почвы зеркалом ландшафта, подчёркивая таким образом, что почвенный покров является зависимым/ведомым компонентом биогеоэкосистем, в то время как элементы ландшафта – ведущим фактором/компонентом. Арманд Д.Л.(1975) расположил в следующей последовательности компоненты природного комплекса, с учётом силы их воздействия и степени взаимоподчинённости: рельеф, климат, воды, растительный, животный мир, почвы (цит. по Королюк Т.В., Щербенко Е.В., 2001). Неуструев С.С.(1977) предложил различать прямое(непосредственное) и косвенное влияние рельефа на процессы почвообразования. Прямая роль – «перемещение почвенных и грунтовых масс силою тяжести при помощи текучей воды в относительно низкие элементы рельефа» (геологические процессы). Косвенная роль рельефа – перераспределение тепла, света, ветра (климатических элементов), а также «распределение воды, выпадающей на земную поверхность». «Значение сточности и бессточности в почвообразовании огромно» (Неуструев С.С. 1977), появление новообразованных антропоморфных элементов рельефа изменяет характер грунтовых вод, создаёт более глубокое залегание грунтовых вод и большую дренированность территории (как результат – появление почвенных комбинаций, сочетаний, комплексов. ).
Роли рельефа в почвообразовании было уделено влияние в работах И.П.Герасимова, Е.Н.Ивановой, В.М.Фридланда, Н.М.Сибирцева, Мильна (ввёл понятие почвенная катена - Milne,1935), Б.Б.Полынова, В.А.Ковды, М.А.Глазовской, А.И.Перельмана и других почвоведов. Используя генетическую классификацию, предложенную А.И.Спиридоновым (1970), подразделяющую типы рельефа по преобладающим процессам его формирования, курганы могут быть отнесены к группе экзогенного рельефа, типу антропогенного рельефа. Каждый тип экзогенного рельефа подразделяется на два подтипа: денудационный и аккумулятивный. Изменение человеком естественных фитоценозов приводит к образованию вторичных растительных ассоциаций, полное соответствие между типом фитоценоза и почвенным типом наступает длительное время спустя.
3.Функции почвы в геосистеме.
Вклад почвы в общее функционирование геосистемы. Рассматривают (Хитров Н.Б., 2001) следующие группировки функций:
1) входные функции – поглощение, (.отражение, рассеивание.) поступающих в систему веществ и энергии,
2) внутренние функции – удержание, преобразование,
3) выходные функции – выделение или потеря веществ и энергии из системы.
«Почва обеспечивает биоценоз водой и питательными веществами, воздушное пространство – углекислым и другими газами, поверхностные и подземные воды – растворимыми веществами. Транспортные функции в геосистеме выполняют воздушное пространство, воды и подвижные живые организмы. Для почвы эти функции не характерны. Особые обслуживающие функции почвы – жилище, механическая опора, место хранения семян, спор и в целом полностью или частично среда обитания живых организмов, включая утилизацию отходов их жизнедеятельности. Функций выведения веществ и энергии из геосистемы почва практически не выполняет. Исключение составляет внутрипочвенный боковой сток. Их выполняют воздушное пространство, поверхностные, подземные воды и подвижные живые организмы.» (Хитров Н.Б., 2001).
Весьма существенный экологический фактор для зелёных фотосинтезирующих растений – углекислота воздуха. Показано, что эмиссия диоксида углерода из почв составляет более 30% от суммы всех источников этого газа на планете. Это подтверждает положение о том, что почва является важнейшим фактором регулирования состава и современного состояния атмосферы.
Выделение CO2 с поверхности почв составляет 38% от общего ежегодного выделения CO2 (выделения с поверхности почв, дыхания наземных и водных организмов, брожения, гниения органических остатков и др.) (Кобак К.И., 1964).
Концентрация CO2 весьма различна и изменяется как в зависимости от режима увлажнения почвы: возрастание концентрации CO2 в воздухе после дождей и т.п.;
так на различных участках растительного покрова:
- вертикальный градиент CO2 хорошо выражен в лесных сообществах,
- в то время, как в степных сообществах, вероятно, более выражена суточная динамика изменения концентрации CO2 - её дневное уменьшение в воздухе, окружающем растения.
4.Память почвы.
Целью анализа памяти почв является восстановление истории развития почвенного профиля путём изучения различных характеристик (порозность, структура почв и др.). «по миинеральным зёрнам судят о происхождении материнских пород, органическая часть помогает реконструировать почвенно-биохимическое функционирование, а остатки растений хранят информацию о растительности прошлых эпох и её деградации, например, в результате лесных пожаров. В общем, даже такие короткоживущие характеристики как состав почвенного раствора и ёмкость катионного обмена (ЕКО), могут сохраняться исключительно долго... Например, порядок формироования плёнок в горизонте арджилик эквивалентен на микроуровне отложению слоёв в статиграфии.» (Фёдоров Н., Курти М.-А., 2001)
И далее: «почво-память в первую очередь анализируется при полевом обследовании и детальном описании профиля, затем исследуется с помощью с помощью микроскопа в крупных шлифах, при необходимости с использованием элементного микроанализа и обычных методов. Используя принцип иерархии и производную концепцию фаз и циклов, а также радиоуглеродное датирование, например, по C14 , дающей представление о средней продолжительности жизи органического материала почвы, можно реконструировать последовательность событий и связанные с ними палеоусловия (растительность и климат), которые и составляют почво-память».
Крупные, долговременные изменения окружающей среды записываются на глубине почвенного горизонта (кратковременные и слабые – на поверхности почвы и сохраняются в течение непродолжительного времени).
«Продолжительность существования характеристик почво-памяти зависит от их размеров (крупные сохраняются лучше, чем небольшие), материала (плотные сохраняются лучше, чем рыхлые) и химического состава. Наиболее хорошо сохраняются признаки накопления оксидов железа и алюминия, а также кремнезёма, в порядке снижения устоойчивости за ними идут карбонаты и фосфаты, глинистые плёнки, глинистые новообразования, кристаллы гипса, экскременты животных, кристаллики растворимых солей.» (Фёдоров Н., Курти М.-А., 2001) «горизонт арджилик харакатеризуется тонкими глинистыми кутанами и плазмой, что связывают с дефицитом воды в течение сухого сезона в субгумидных условиях, в то время как хорошо выраженные конкреции оксида железа требуют контрастного муссонного климата». «Деятельность человека также оставляет в профиле почв специфические свойства и материалы, которые формируют часть памяти почвы».
Роль животных в формировании гумусных горизонтов почв также является существенной: «анализ формирования почв на отвалах, нарушенных участках показывает, что под влиянием растений формируется маломощый гумусовый слой в 5-10 см. Деятельность животных может увеличить мощность этого слоя до 20-30 см.» (Карпачевский Л.О., Ильина Л.С., 2001)
Выпас животных (номадизм, кочевая культура) – двоякое воздействие на процессы почвообразования: с одной стороны – привнос органики (позитивно), с другой – механическая и др. нагрузка на растительный/почвенный покров, приводящая к уплотнению почв, эродированность и др. негативным последствиям. Выпас скота на определённой территории носит многолетне-циклический характер с изменением мест выпаса - периодическим уменьшением нагрузки на ландшафт и восстановлением растительного/почвенного покрова.
Биоморфный анализ помогает исследовать микроскопические частицы биогенной природы как индикаторов условий их формирования. На основе результатов анализа возможна реконструкция непосредственно факторов почвообразования и почвообразовательных процессов. «Компоненты биоморфного анализа – биоморфы (фитолиты, споры и пыльца, панцири диаморфных водорослей, спикулы губок, растительный детрит и т.п.) – формируют в совокупности биоморфную память почв, входящую самостоятельным блоком в общий типи биогенной памяти почв. Носители данного типа памяти формируются за короткий временной интервал, обладают высокой сохранностью, что позволяет выделять их спустя длительный промежуток времени. Большинство биоморф иимеют оригинальные формы, следовательно, их возможно уверенно диагностировать... Культурные слои поселений, а также антропогенно-изменённые почвы также формируют свои биоморфные комплексы. Биоморфная память позволяет:
- отражать большинство эволюционных ситуаций;
- получать информацию об экологических амплитудах за короткие временные отрезк (например, катастрофические явления);
- фиксировать антропогенные нагрузки, их характер и интенсивность даже спустя длительный промежуток времени;
- даёт новые знания о локальной и региональной эволюции почв и ландшафтов.» (Гольева А.А., 2001).
Понятие почвенной памяти (Таргульян и др.) можно сформулировать, как спосбоность почв записывать в профиле вещественные результаты педогенеза (Лебедева И.И., Тонконогов В.Д., 2001).
5.Курганные группы как структурные единицы информационного обмена, индикатор границ ареала обитания племён/нуклеарных социальных групп и используемых ими пастбищ.
6.Номадизм - связь между преобладающим укладом жизни, климатом, рельефом и процессами почвообразования.
Номадизм (I тыс. до н.э. – XVв. н.э.) – кочевой уклад жизни – способ адаптации людей к среде их обитания, не имющий аналогов в истории. Начало I тыс. до н.э. характеризуется резкой аридизацией климата, повлекшй за собой миграцию границ почвенно-географических зон к северу. Экологический фактор сыграл существенную роль в становлении номадизм сменил предшествующий полуоседлый тип хозяйствования (земледелие, придомное скотоводство). На рубеже эр на территории Волго-Уральского междуречья кочевое население практически исчезает, одной из причин чего стало ухудшение качеств почвенного покрова в связи с интенсификацией процессов засоления и солонцеобразования (Дёмкин В.А., Сергацков И.В., Дёмкина Т.С., 2001).
7.Периодические явления в жизни растений, человека, почвы.
Периодические (циклические, ритмические) явления:
Чередование света и темноты, повышенных и пониженных температур в суточном цикле; приливно-отливные циклы на побережьях морей и океанов; смена сезонов года и соответствующих им режимов экологических факторов в годичном цикле; многолетние периодические колебания, обусловленные циклическим изменением активности Солнца. Аритмические (нерегулярные, случайные) явления: непродолжительные колебания погоды или изменение освещённости - движение облаков. Экзогенные ритмы: иногда ритмические изменения целиком определяются соответсвующими изменениями в среде. При помещении растений в постоянные (факторостатные) условия, такие ритмы сразу же исчезают.
Эндогенные ритмы: ритмические проявления сохраняются некоторое время и после перенесения организма в постоянные условия. Высказывались предположения, что сохрание биологических ритмов в факторостатных условиях поддерживается ощутимыми для человека колебаниями внешний среды (например, магнитного поля Земли). (Горышина Т.К.,1979).
Генетические составляющие Почвенной Памяти:
1) «Записывающий» потенциал климата (ЗПК): особенность соотношения тепла и влаги, степени континентальности - определяет степень и характер реализации ППС (преобразующего потенциала субстрата) в конкретные особенности строения почвенного профиля;
2) Хронопотенциал: длительность почвообразования и наличия «омолаживающих» процессов.
(Лебедева И.И., Тонконогов В.Д., 2001).
8.Экология человека, антропосфера, ноосфера.
О влиянии антропогенного воздействия на окружающую среду и о размерах геохимической работы человечества говорил В.И.Вернадский (1934). «Человек распространил своё влияние на все химические элементы, изменил геохимическую историю всех металлов. Равновесие в миграции элементов, которое устанавливалось в течение геологического времени, в настоящее время нарушается. Растёт обратимость геохимических циклов всех элементов, всё шире вводятся новые термодинамически неустойчивые соединения. А.Е.Ферсман ввёл понятие «техногенез» - воздействие промышленности на окружающую среду, на геохимию ландшафта. Он показал, что концентрирование веществ – промежуточный этап процесса, конечным итогом которого является безвозвратное распыление, рассеяние веществ, отметил, что геохимическая миграция, обусловленная технической деятельностью, превышает по скорости природные процессы» (Мотузова Г.В., 1988).
9.Исследовательские подходы
1) В частном случае, описывая виды, характерные для переувлажнённых участков, отмечается, что они «в своём подавляющем большинстве относятся к сорной флоре. Они не являются характерными для зональной растительности, и, как правило, имеют широкое географическое распространение, поэтому не могут решить проблемы сохранения её ботанического разнообразия» (Новикова Н.М., Хитров Н.Б. и др., 2001)
2) В то время как в настоящее время, в связи с активизацией исследований в области адаптации организмов и явлений экологической дифференциации, особенное внимание обращают на Экотипы – наследственные вариации видов, сгруппированные в различные типы, приуроченные к определённым местам обитания. «Г.Турессон экспериментально доказал наследственный характер экологических форм, до его работ большинство авторов полагали, что экологические формы являются продуктом непосредственного влияния условий среды на организм и не передаются по наследству» (Алексеева Т.И., 1998)